鋰電池模組設(shè)計生產(chǎn)工藝流程和要點
來源:存能電氣 日期:2019-04-09 10:43 瀏覽量:次
鋰電池模組設(shè)計生產(chǎn)工藝流程和要點。動力鋰電池模組,將若干單體電芯通過導(dǎo)電連接件串并聯(lián)成一個電源,通過工藝、結(jié)構(gòu)固定在設(shè)計位置,協(xié)同發(fā)揮電能充放存儲的功能??梢哉f模組的基本作用就是連接、固定和安全防護(hù)。電芯單體與模組母排之間的連接方式,不僅僅影響制造效率,是否可以實現(xiàn)自動化,其對電池裝車以后的性能表現(xiàn)同樣會有不容忽視的影響。
鋰電池模組的介紹
鋰電池模組可以理解為鋰離子電芯經(jīng)串并聯(lián)方式組合,加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置后形成的電芯與pack的中間產(chǎn)品。其結(jié)構(gòu)必須對電芯起到支撐、固定和保護(hù)作用,可以概括成3個大項:機(jī)械強度,電性能,熱性能和故障處理能力。
是否能夠完好固定電芯位置并保護(hù)其不發(fā)生有損性能的形變,如何滿足載流性能要求,如何滿足對電芯溫度的控制,遇到嚴(yán)重異常時能否斷電,能否避免熱失控的傳播等等,都將是評判鋰電池模組優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。高性能需求的鋰電池模組,其熱管理的解決方案已經(jīng)轉(zhuǎn)向液冷或相變材料。
鋰電池組內(nèi)部連接導(dǎo)線非常多,手工焊接操作步驟過多而出現(xiàn)焊接、組裝等問題;零部件非常多而造成組裝困難,故障率高、成本高。
鋰電池模組設(shè)計生產(chǎn)工藝流程
整個鋰電池模組設(shè)計的過程其實是包含了你要定義整個模組設(shè)計的目標(biāo),整合模組設(shè)計的細(xì)節(jié),有一套完整的模組設(shè)計的驗證流程,包括結(jié)構(gòu)、電氣、冷卻安全幾個部分,都要落實在里面。
第一部分,分成幾個設(shè)計層面
滿足車載相當(dāng)于產(chǎn)品的需求特性,主要分成結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)計、熱設(shè)計、安全,根據(jù)電芯的要求給予足夠的壓縮力,這個壓縮后面也會講,整個電芯,不管是軟包還是硬殼,通過一定的加以可以有效的防止電芯的膨脹,在壽命上予以一定支持。
在整個鋰電池組里頭還有一個模組與托盤的固定,通過壓條讓模組跟托盤進(jìn)行有效的固定。上面主要是里頭的采樣線,還有防止電芯在里頭做竄動,整個電芯在正常的NETT工況來講發(fā)熱是不嚴(yán)重的,我們也要考慮可能會有一些極端的情況,就是用戶可能在高速上面,相當(dāng)于說長途行駛進(jìn)入快充狀態(tài),連續(xù)的極限符合,可能對這里頭有一個很強的傳熱性要求。安全性,跟模組設(shè)計中間的電芯隔熱要求,這里頭有一個很強的聯(lián)系。
第二部分,制造工藝
最主要是把電芯從單體到堆疊到焊接、采樣線布置、CMU布置,整個工藝、設(shè)備,對于距離、工藝裝配都是有要求的,這部分需要跟設(shè)備,特別是走量的時候,特別是上自動化產(chǎn)線的時候,這里頭有挺強的需求聯(lián)系。
第三部分,維修考慮
因為我們現(xiàn)在在做的時候,一開始第一步是把產(chǎn)品做出來,后期隨著車輛的使用,整個鋰電池模組的維修,特別是里頭關(guān)于子部件的損壞情況,模組怎么樣修,這里要跟制造工藝、維修工藝結(jié)合起來,這里大家談的也比較少。
第四部分,模組梯次利用
一般來講,我們鋰電池組需求整理出來以后會設(shè)計一個模組的框圖,主要是把各部分,包括電氣方面、結(jié)構(gòu)方面、車輛耦合方面、機(jī)械固定方面都連起來,把電氣結(jié)構(gòu)部分需求都輸入到里面去,這樣就可以把我們每個部分的設(shè)計目標(biāo)能夠清晰化。
鋰電池模組結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
鋰電池組結(jié)構(gòu)可靠:抗震動抗疲勞;工藝可控:無過焊、虛焊,確保電芯100%無損傷;
成本低廉:PACK產(chǎn)線自動化成本低,包括生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)損耗;
易分拆:鋰電池組易于維護(hù)、維修,低成本,電芯可梯次利用性好;
做到必要的熱傳遞隔離,避免熱失控過快蔓延,也可以把這一步放到pack設(shè)計再考慮。
據(jù)了解,目前,行業(yè)內(nèi)圓柱電芯的模組成組效率約為87%,系統(tǒng)成組效率約為65%;軟包電芯模組成組效率約為85%,系統(tǒng)成組效率約為60%;方形電芯的模組成組效率約為89%,系統(tǒng)成組效率約為70%。軟包電芯的單體能量密度比圓柱和方形有更高的提升空間,但對鋰電池模組設(shè)計要求較高,安全性不易把控,這都是需要結(jié)構(gòu)設(shè)計解決的問題。
一般鋰電池組模組優(yōu)化途徑。提升空間利用率也是優(yōu)化模組的一個重要途徑。動力鋰電池組PACK企業(yè)可以通過改進(jìn)模組和熱管理系統(tǒng)設(shè)計,縮小電芯間距,從而提升電池箱體內(nèi)空間的利用率。還有一種解決方案,即使用新材料。比如,動力電池系統(tǒng)內(nèi)的匯流排由銅替換成鋁,模組固定件由鈑金材料替換為高強鋼和鋁,這樣也能減輕動力電池重量。
動力鋰電池模組,將若干單體電芯通過導(dǎo)電連接件串并聯(lián)成一個電源,通過工藝、結(jié)構(gòu)固定在設(shè)計位置,協(xié)同發(fā)揮電能充放存儲的功能。
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